成人髖臼發育不良髖臼重建的數字骨科技術應用及相關研究

趙陽，王丹，陳世榮

（重慶醫科大學附屬第二醫院 骨科，重慶）

0 引言

發育性髖關節發育不良（developmental dysplasia of hip，DDH）是髖部畸形常見疾病之一，尤其對于高脫位的III及IV型患者髖部畸形更加嚴重，由于長期處于脫位或半脫位 的狀態，負重區出現軟骨退變，軟骨下骨壞死，因此常常合并嚴重的髖關節骨關節炎[1]。目前對于DDH的明確病因尚不清楚，在最新的ACR指南中指出引起發育性髖關節發育不良的主要三個高危因素為：臀位生產、家族史、女性[2]。由于其髖關節結構的紊亂，髖臼壁的廣泛缺損，髖關節的高脫位的狀態，行全髖關節置換術（total hip arthroplasty,THA）將是對骨科醫師的一次巨大考驗。但同時人工全髖關節置換術也是治療發育性髖關節發育不良繼發嚴重骨關節炎，緩解患者癥狀的主要手段[3]。Hartofilakidis[4]等闡述了DDH的形態學改變通常表現為：髖臼上方骨缺損，同時繼發于關節炎的髖臼變淺，高脫位型存在整個髖臼周緣的缺損、髖臼淺、開口小、前傾過度增大及髖臼骨儲備分布異常。人工全髖關節置換術是治療髖關節疾病的主要方法，能解除關節疼痛、使關節功能得以恢復、維持關節穩定性等優點。同時假體植入位置不正確是導致全髖關節置換術后關節不穩定甚至假體脫位的重要原因[5-6]。因此髖臼重建對于全髖關節置換術后患者假體生存率、患者患肢功能及術后生活質量至關重要。本文擬結合目前數字骨科技術在發育性髖關節發育不良中對于髖臼重建的相關研究略作一綜述。

1 臨床表現與分型

發育性髖關節發育不良臨床表現通常為腹股溝區的疼痛、跛行，活動后疼痛加重，當出現盂唇撕裂及關節軟管損傷時可能出現關節彈響、絞鎖、黏滯感、下肢無力感[7]。青少年早期多無明顯癥狀，或僅有輕微不適感。隨年齡增加，癥狀逐漸出現癥狀，表現為形式各異、程度不等的疼痛。疼痛可反射至膝關節前內側，表現出膝關節周圍疼痛。癥狀明顯時可出現髖關節功能受限。

目前對于髖關節發育不良的相關分型較多，最主要、臨床使用最多的為Hartofilakidis分型和Crowe分型。Hartofilakidis根據脫位程度將DDH分為三型：A型半脫位，股骨頭呈半脫位狀態，仍位于髖臼內，髖臼變淺；B型低脫位組，股骨頭向上形成假臼，但假臼與真臼有重疊部分；C型高脫位組，股骨頭高脫位與髂骨翼形成關節，在高處形成假臼，真臼發育扁平。Crowe等[8]通過股骨頭上移的距離以量化的指標進行分型：Ⅰ型脫位高度＜50%股骨頭高度，或＜10%骨盆高度; Ⅱ型脫位高度為50%～75%股骨頭高度，或10%～15%骨盆高度; Ⅲ型脫位高度為75%～100%股骨頭高度，或15%～20%骨盆高 度; Ⅳ型脫位高度＞100%股骨頭高度，或＞20%骨盆高度。

2 數字骨科技術的相關應用

2.1 髖臼發育不良形態學分析

Yang等人[9]通過對79例Crowe(I-IV)髖臼發育不良患者骨盆圖像行數字化模擬，在3D環境中動態分析了患側髖臼形態特點，Crowe I型及IV型髖臼邊緣較II型、III型更加完整，Crowe I型/III型由于其真臼與假臼的重疊，髖臼上方骨質缺損更為嚴重，骨性覆蓋相對更少，CroweI-III型髖臼前柱及后柱較為完整，Crowe IV 髖臼開口形態呈銳角三角形同時伴有嚴重的骨缺損及過大的髖臼前傾角。Wang等人[10]通過數字模擬技術對60名發育性髖關節發育不良患者髖臼行術前重建模擬，DDH患者大部分髖臼前淺平、前傾角大、髖關節前外側對股骨頭覆蓋明顯缺損，根據每位患者髖臼形態制定手術方式。Xu等人[11]通過數字重建軟件比較了76例發育不良髖臼與61例正常髖臼月狀面形態，從總體趨勢而言，髖臼發育不良患者月狀面普遍存在旋轉，與正常髖關節相比，發育不良的髖關節顯示出月牙表面的總面積大小和相對面積大小顯著減小。Bosse等人[12]通過數字模擬髖臼形態，得出發育不良的髖臼骨量情況不僅在單一維度上不足，而且在整體上也是不足的。患側髖臼狹長，半脫位的股骨頭位于髖臼后上方，隨著脫位程度的增加，髖臼逐漸變淺。通過數字模擬分析髖臼形態學特征，可實現虛擬模擬，動態立體觀察髖臼各部位情況，更加準確、清晰的了解髖臼幾髖臼周圍形態。

2.2 關于發育不良髖臼的相關模擬測量與分析

Yang等人[9]在髖臼發育不良形態學分析的基礎之上，對患者患側髖臼進行模擬臼杯植入，測量了每位患者有效CE角、sharp CE角、髖臼內側壁的最小厚度。得出髖臼發育不良Crowe II/III型患者有效CE角最小，sharp CE角最大，Crowe IV型平均髖臼內側壁最小厚度值最小。Sakemi等人[13]通過數字化軟件模擬臼杯植入發育不良髖臼，通過向前后以2mm增量移動臼杯10mm、以向上10mm的增量移動臼杯20mm觀察臼杯處于不同旋轉中心下臼杯覆蓋率及髖關節活動度的情況。得出與旋轉中心垂直上移比較，旋轉中心向后上方移動達到cup-CE角＞0°的例數更多。旋轉中心上移10mm時臼杯覆蓋率最大。由于髖關節存在撞擊，旋轉中心上移及后移將減小屈曲及內旋度數，而外旋及伸直功能無明顯受限。Xu等人[14]通過模擬分析于患側髖臼建立坐標系移動臼杯觀察臼杯覆蓋率情況，同時術中于真臼后上方固定臼杯，早期隨訪患者無假體松動及翻修情況。Liu等人[15]通過MPR技術，對21例患者進行骨盆重構，分析了Crowe I型及II/III型內側壁最小厚度，同時得出髖臼內側壁的骨量與半脫位程度和髖臼深度相關。Yoshitani等人[16]通過對42名髖臼發育不良Crowe IV患者行形態學幾何分析，確定了CroweIV髖臼形態為特殊三角形，旋轉中心固定的最佳位置并不是位于真臼處而是位于髖臼后上方骨質區域。當將1/3髖臼后壁定義為髖臼組件中心位置的界標時，髖臼組件植入將接近理想的位置，同時有助于防止使用較小尺寸的臼杯或破壞髖臼前壁。

2.3 通過CT導航系統輔助行全髖關節置換術

Ueoka等人[17]使用CT導航系統對CroweIV型和I型髖臼發育不良進行全髖關節置換術，得出兩組在術前計劃和術后記錄關于髖臼組件大小，角度（傾斜度，前傾角）和3D位置方面無明顯差異。證明了導航系統在全髖關節置換術的準確性。通過使用基于CT的導航系統，即使對于Crowe IV型，也可以準確植入髖臼組件。CT的導航系統是一種非常有用的術中工具，尤其是對于嚴重的骨盆畸形（例如Crowe型IV）而言。Tsutsui等人[18]評估了基于CT的導航系統對DDH患者THA中杯的對準和空間定位的功效。比較了導航組與非導航組術后杯的對準及空間定位，證明使用基于CT的導航系統的THA在DDH患者的全髖關節置換術術中獲得了非常精準的臼杯角度及空間定位。Inori等人[19]在對80例發育性髖關節發育不良患者行全髖關節置換術使用無圖像導航技術，在術中對臼杯杯高及中位度進行定位和導航，所得到的實驗結果在臨床中是令人滿意的。目前，在關節置換術手術過程中，導航系統的使用能使假體的定位更加準確，使髖關節功能得到明顯改善[20,21]。

2.4 發育性髖關節發育不良髖臼重建的相關有限元分析

有限元是集合在一起能夠表示實際連續域的離散單元。有限元分析（FEA）方法在骨科方面已被確立為計算植入骨中變形，應變和應力模式的另一種工具[22,23]。有限元（FE）模型可在植入物骨結構中提供三維（3D）應變預測，并能夠分析無法通過實驗測量應變的區域中已形成的應力和應變場。髖臼發育不良，解剖結構異常，髖部力學從而相應發生改變。Zhao等人[24]通過對DDH患者髖臼模擬髖臼周圍截骨（PAO），觀察到了髖臼受力的變化情況，同時得出DDH模型顯示髖臼邊緣和接觸股骨頭的應力集中，并且應力值較高。PAO后模型顯示髖臼和股骨頭的應力分布接近正常模式，應力集中區域從外側向內側移動。在嚴重的髖臼發育不良模型中，應力分散尤其明顯。Tikhilov等人[25]通過有限元分析嚴重發育性髖關節發育不良的患者在全髖關節置換術中估計了能夠安全地固定髖臼組件的未覆蓋面的臨界值。證實了在滿足髖關節穩定地可以將髖臼假體在不使用螺釘的情況下未覆蓋部分可以達到25%，在使用兩枚螺釘的情況下髖臼假體未覆蓋部分可以達到35%。Lke等人[26]通過有限元分析來研究髖臼發育不良患者髖臼截骨術（RAO）的機械效果，并分析各種放射學測量結果與髖關節機械應力之間的相關性。得出RAO后，DDH患者的髖臼等效應力降低。 CE角，髖臼頭指數、髖臼角及髖臼頂角的矯正被認為對于減少髖關節的機械應力很重要。

3 展望與未來

數字骨科技術應用于DDH的相關研究與探討，提高了人們對于DDH髖臼解剖結構、受力情況等方面的認識，提高了THA假體植入的準確性，通過一系列的模擬、分析盡可能的延長患者假體生存率，降低假體松動、脫位，提高醫療質量與醫療安全，提高患者生活質量，數字骨科技術憑借其模擬性、可重復性、精確性將會進一步提升我們對DDH患者行THA的信心與勇氣。